Измерение тока, напряжения и мощности с помощью амперметра, вольтметра и ваттметра соответственно, является привычным делом для радиолюбителей. Но измерение эффективности использования мощности (выхода мощности, отдачи мощности, в англ. – power efficiency) с помощью обычного мультиметра может стать ощутимой проблемой. Поэтому в данной статье мы рассмотрим создание измерителя мощности (ваттметра) на основе модуля ESP32, с помощью которого можно будет измерять входные и выходные напряжения и ток и, следовательно, определять энергетическую эффективность устройства. Ранее на нашем сайте мы также рассматривали проект ваттметра на основе платы Arduino.
Таким образом, вместо того чтобы покупать четыре измерительных устройства, мы сможем объединить возможности всех этих устройств в одном нашем проекте, что приведет к значительной экономии наших денежных средств. Также рассматриваемый здесь проект ваттметра имеет значительный потенциал для дальнейших усовершенствований и улучшений. Например, измеряемые нами данные мы легко можем публиковать в сети Интернет, поскольку основой нашего проекта является модуль ESP32, имеющий возможность подключения к интернету с помощью технологии Wi-Fi.
ВАТТМЕТР БЫТОВОЙ из Китая с AliExpress
Примечание : рассматриваемый в данной статье проект ваттметра предназначен для работы в сетях постоянного тока (DC). Если вам необходимо аналогичное устройство для сетей переменного тока (AC), то тогда вам нужно немного изменить проект умного измерителя энергии на основе платы Arduino и модуля ESP12, ранее рассмотренный на нашем сайте. Также на нашем сайте есть проект аналогичного умного измеритель энергии на основе платы Raspberry Pi.
Необходимые компоненты
- Модуль ESP32 (купить на Aliexpress).
- OLED дисплей 128X64 (купить на Aliexpress).
- Микросхема датчика тока ACS712-20 – 2 шт. (купить на Aliexpress).
- Разъем для подключения постоянного тока (DC Barrel Jack).
- Конденсатор 100 мкФ – 2 шт. (купить на Aliexpress).
- Конденсатор 104 пФ – 2 шт. (купить на Aliexpress).
- Конденсатор 102 пФ – 2 шт. (купить на Aliexpress).
- Резистор 10 кОм, 1% – 4 шт.
- Резистор 68 кОм, 1% – 2 шт.
- Резистор 6,8 кОм, 1% – 2 шт.
Внешний вид компонентов, необходимых для рассматриваемого нами проекта ваттметра, приведен на следующем рисунке.
Схема проекта
Схема измерителя мощности (ваттметра) на ESP32 представлена на следующем рисунке.
Ты офигеешь Сколько денег ЖРУТ твои розетки 😱 Купил Ваттметр с Алиэкспресс ⚡️
Принцип работы схемы достаточно прост. Мы будем измерять напряжение и ток на входе и выходе устройства, таким образом, мы сможем определить энергетическую эффективность устройства, которая очень важна (обязательна), к примеру, для конвертеров постоянного тока (DC to DC converter).
Микросхема датчика тока ACS712
Для измерения тока в нашем проекте мы будем использовать микросхему ACS712. Это достаточно интересная микросхема, использующая для измерения тока эффект Холла. Существуют три варианта данной микросхемы – на 5A, 20A и 30A. В нашем проекте мы будем использовать ее вариант на 20A – в данном случае эта микросхема имеет обозначение ACS712-20.
Даташит на ACS712 рекомендует для нормального функционирования микросхемы использовать диапазон напряжений 4.5–5.5 В. Поскольку мы используем модуль ESP32, работающий с напряжением 3.3V, мы использовали делитель напряжения из двух резисторов 10 кОм, чтобы уменьшить уровень напряжения с микросхемы ACS712 перед подачей его на контакт модуля ESP32. Когда через микросхему ACS712 не протекает никакого тока, на ее выходе присутствует напряжение 2.5V. Если же через микросхему ACS712 начинает протекать ток, то напряжение на выходе микросхемы увеличивается или уменьшается в зависимости от направления протекающего через нее тока.
В нашем проекте мы использовали две микросхемы ACS712 – для измерения тока на входе и на выходе устройства.
Делитель напряжения
Для измерения входного и выходного напряжений мы использовали два делителя напряжения – на входе и выходе сети. Максимальное напряжение, которое мы сможем измерять – 35V, но его легко изменить, используя другие номиналы резисторов в делителях напряжения.
Регулятор напряжения
Для подачи питания на модуль ESP32, OLED дисплей и микросхемы ACS712 мы используем регулятор напряжения LM7805. Поскольку элементы нашей схемы мы запитываем от стабильного напряжения, то у нас нет необходимости использования развязывающих конденсаторов, но мы используем конденсаторы 100 мкФ на входе и выходе регулятора напряжения LM7805 для стабилизации его работы.
Модуль ESP32 и OLED дисплей
В качестве основного вычислительного устройства в нашей схеме мы используем модуль ESP32, который будет отвечать за считывание данных, расчеты и вывод данных на экран OLED дисплея 128X64.
Изготовление печатной платы для ваттметра
Автор проекта (ссылка на оригинал приведена в конце статьи) использовал одностороннюю печатную плату. Ее он спроектировал в редакторе Eagle. Дизайн получившейся у него печатной платы показан на следующем рисунке.
Скачать дизайн печатной платы проекта и GERBER файлы для ее изготовления можно по следующей ссылке.
Изначально, для тестирования проекта, его автор изготовил самодельную печатную плату, внешний вид которой показан на рисунке ниже. С помощью этой платы он устранил ряд недочетов в схеме проекта. В финальной версии печатной платы (ссылка на ее скачивание приведена выше) этих недочетов уже нет.
Объяснение программы для модуля ESP32
Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.
В программе нам необходимо считывать аналоговое напряжение с контактов 33 и 35 модуля ESP32. Также мы будем считывать напряжение с его контактов 32 и 34 – оно нам будет необходимо для определения величины тока. Зная величины тока и напряжения на входе и выходе устройства мы можем определить значения мощности на входе и выходе и, следовательно, рассчитать значение энергетической эффективности устройства. Отображать результаты измерений мы будем на экране OLED дисплея.
Поскольку мы используем OLED дисплей с драйвером SSD1306 и разрешением 128X64, то для взаимодействия с ним нам будет необходимы библиотеки Adafruit_GFX и Adafruit_SSD1306. Скачать их можно по следующим ссылкам:
- Download Adafruit_GFX library;
- Download Adafruit_SSD1306 library.
Также их можно скачать и установить с помощью менеджера библиотек в Arduino IDE.
Первым делом в программе мы подключим все необходимые библиотеки, инициализируем все необходимые контакты и переменные.
#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels
#define INPUT_VOLTAGE_SENSE_PIN 33
#define OUTPUT_VOLTAGE_SENSE_PIN 35
#define INPUT_CURRENT_SENSE_PIN 32
#define OUTPUT_CURRENT_SENSE_PIN 34
double R1_VOLTAGE = 68000 ; //68K
double R2_VOLTAGE = 6800 ; // 6.8K
double R1 _ Current 10000 //10K
double R2 _ Current 22000 //22K
//We have used 50 as mVperp value; please refer to the documentation for further information
double mVperAmp = 50 ; // use 100 for 20A Module and 66 for 30A Module
double ACSoffset = /*1130*/ 1136 ;
// Declaration for an SSD1306 display connected to I2C (SDA, SCL pins)
Adafruit _ SSD1306 display ( SCREEN_WIDTH , SCREEN_HEIGHT ,
Переменные SCREEN_WIDTH и SCREEN_HEIGHT используются для задания размера экрана. Также мы используем переменные со значениями всех резисторов, которые используются в нашей схеме.
Поскольку для измерения тока мы используем микросхему ACS712, мы будем применять переменную mVperAmp для расчета значения тока исходя из значения напряжения. Поскольку мы используем модуль ACS712 на 20A, то необходимо использовать значение mV/A равное 100 как указано в даташите на датчик. Но так как мы используем ESP32 и делитель напряжения, то нам нужно использовать половину этого значения, то есть значение 50, и именно это значение мы присвоили переменной mVperAmp.
ACSoffset – это сдвиг (смещение), который необходим для расчета значения тока из значения напряжения. Поскольку мы микросхему ACS712 запитываем от 5V, то сдвиг напряжения составляет 2.5V. Но так как мы используем делитель напряжения, то этот сдвиг напряжения уменьшается до значения 1.25V. Но, поскольку АЦП (аналого-цифровой преобразователь) у модуля ESP32 не отличается особой точностью, то автор проекта (ссылка на оригинал приведена в конце статьи) использовал для сдвига значение 1136.
Также мы создаем объект класса Adafruit_SSD1306 для работы с OLED дисплеем, передавая в него значения высоты и ширины экрана, конфигурацию I2C, а параметр -1 используется для обеспечения функционала сброса дисплея. Этот параметр особенно полезен когда дисплей не имеет внешнего контакта сброса (у большинства подобных дисплеев).
Далее в функции setup() мы инициализируем последовательную связь для целей отладки, проверяем доступен ли наш дисплей (он у нас подключен по интерфейсу I2C) или нет. Также мы устанавливаем адрес I2C. Далее мы очищаем экран дисплея с помощью метода clearDisplay() . Дополнительно мы поворачиваем экран дисплея с помощью метода setRotation . Затем мы делаем задержку 100 мс чтобы изменения вступили в силу.
Источник: microkontroller.ru
Ваттметр своими руками Peacefair PZEM-021
Всем привет, хотел бы поделиться с вами рассказом о том как я сделал бюджетный ваттметр своими руками.
Многие наверно знают многофункциональные ваттметры, которые подключаются напрямую к розетке, могут помимо подсчета ваттчасов, показывать время и многое другое. Согласитесь, достаточное удобное устройство чтобы в домашних условиях быстро определить сколько энергии потребляет то или иное устройство. Можно было бы купить сразу готовый девайс и не «париться», но ведь так не интересно?! Поэтому решено было заказать ваттметр с дальнейшей возможностью встроить его в любой корпус — Peacefair PZEM-021.
Пришел ваттметр в небольшой картонной коробочке, без каких — либо опознавательных знаков.
Не знаю что означают эти «загадочные» цифры — 021 =)
Внутри как и ожидалось лежал прибор с документацией. Информация в ней была расписана на двух языках — на английском и китайском.
Документация:
Обычно, заказывая из Китая какую то вещь она по приходу оказывается намного меньшего размера чем есть на самом деле, но в моем случае произошло наоборот, прибор оказался не маленьким. На лицевой его стороне расположен LCD дисплей с синей подсветкой, так же тут имеется кнопка для управления, которая утоплена в корпус. На обратной — указана простая схема подключения, модель и максимально возможная нагрузка.
Схема подключения и габариты устройства:
Производителем заявлены следующие технические характеристики:
— Рабочее напряжение: 80 ~ 260В (переменного тока)
— Диапазон измерения напряжения : 80 ~ 260В (переменного тока)
— Максимальная нагрузка: 20A / 4.5кВт
— Рабочая частота сети : 45-65Герц
— Точность (погрешность измерений): ± 1%.
Нужно не забывать что конкретно данная модель предназначена для сети переменного тока до 260В, есть визуальные похожие ваттметры, которые работают только с постоянным током, с током до 100в, если перепутать и подключить такой к переменному 260В фейерверк и запах гари опеспечен.
Ну что, а дальше расскажу как внедрил прибор в корпус чтобы получить готовый работающий «продукт». В качестве донора было решено использовать самый обычный сетевой фильтр или по другому удлинитель на три розетки. Конечно можно было бы купить отдельно подходящую по размеру пластиковую коробку, розетку и собрать в таком виде, но вариант с сетевым фильтром мне кажется лучшим решением. 
По длине и ширине ваттметр аккурат оказался как две розетки удлинителя. Это хорошая новость, потому что отпала необходимость делать замеры и чертежи на самом доноре. Можно приступать к отпиливанию прямоугольника по уже намеченным на заводе изготовителя сетевого фильтра линиям. Для этого я использовал обычный канцелярский нож и зажигалку.
Примерно через минут 10 место под ваттметр было готово, заготовка выглядела так:
А теперь самое время начать собирать этот конструктор.
Все провода были залужены и дополнительно защищены термоусадкой. Схема подключения такова что к двум центральным клеймам нужно подключить провода от вилки, т.е. по ним в ваттметр будет поступать напряжение от сети 220В. Далее к двум крайним подключаются выводы для наше будущей розетки. Колхозить новую колодку под розетку не стал, использовал то что уже было в удлинителе. Незадействованную ее часть закрыл термоусадкой, на всякий случай чтобы ничего не коротнуло.
Все провода подключены, прибор зафиксирован силиконом — пора собирать!
В конечном итоге у меня получился вот такой компактный ваттметр с одной розеткой для подключения потребителей. Кстати длина шнура первоначально была около 3х метров, мне конечно столько нужно не было, поэтому отрезал большую ее часть и оставил всего метр. Цвета немного не сошлись, жаль что не нашлось черного удлинителя, тогда готовый продукт выглядел бы симпатичнее).
Первое включение прошло удачно, устройство работает, энергию считает.
Дисплей разбит на четыре секции: подсчет напряжения (V), силы тока (A), мощности (W) и затраченной энергии (Wh). Единственным элементом управления прибором является кнопка на лицевой стороне. Она утоплена в корпус, поэтому просто пальцем ее не нажать.
—Однократное нажатие кнопки включает и выключает подсветку. Подсветка достаточно яркая и равномерная, позволяет лучше разглядывать дисплей.
—Долгое нажатие (5 секунд) переводит ваттметр в режим так сказать программирования, можно задать порог максимального замера энергии (Wh), по умолчанию стоит 4.5кВт.
—Для того чтобы перевести ваттметр в режим обнуления необходимо долго удерживать кнопку до появления надписи — SET CLr.
Все изменения сохраняются в энергонезависимой памяти, даже после обесточивания настройки не сбрасываются.
По поводу точности, делал сравнение с обычным мультиметром, показания напряжения ваттметра чуть иногда чуть ниже, а иногда равны, это видно на фотографиях ниже:
Погрешность в измерении напряжения минимальная, можно надеяться что и остальные параметры считаешь так же.
В конце решил сделать практический замер мощности двух ламп накаливания на 40Вт и 100Вт. Да, конечно это не эталон для проведения измерений, но ничего другого под рукой не было.
Лампа номиналом в 40Вт
Показания на приборе таковы: Напряжение 225В, сила тока 0.17А и мощность 38.3Вт. Если подсчитать по формуле расчета мощности то получаем 225х0.17х1=38.25Вт, цифра почти та же что показал наш ваттметр.
Лампа — 100Вт
Имеем цифры 226В напряжения, 0.44А силу тока и 100.7Вт мощности. 226х0.44х1=99.44Вт
Как видим точность у ваттметра отличная.
Прибор получилось не плохим и его возможностей хватает для домашнего использования.
На этом все, спасибо за внимание!
Источник: www.taker.im
БЕСПРОВОДНОЙ АМПЕРВОЛЬТВАТТМЕТР С LCD ДИСПЛЕЕМ
Каждый раз заходя на сайт Алиэкспресс, умные китайцы не перестают меня удивлять своими новинками. На этот раз надолго «залип» изучая беспроводной ампер-вольт-ваттметр с LCD дисплеем – комплект, состоящий из блока измерения указанных электрических величин с передатчиком, и приёмника с цветным ЖК экраном, на котором отображается всё это вместе взятое. Цена не слишком дорогая, но и не дешёвая – 35 долларов.
Модуль MHF120200S является многофункциональным измерителем, способным контролировать напряжение и ток, мощность, емкость зарядки, время зарядки, и другие величины, передавая сигнал по беспроводному каналу, а также блок может выполнять функцию защиты от перенапряжения, перегрузки по току, от пониженного напряжения и некоторые другие настраиваемые элементы защиты. Кроме того, беспроводной ампервольтваттметр обладает функцией памяти, а измеренные данные поступают на большой цветной ЖК-дисплей с кучей информации.
Технические параметры беспроводного измерителя
- диапазон измерения напряжения 0.01 ~ 120 В
- точность контроля напряжения 0.01 В
- предельная величина ошибки ±5%
- диапазон измерения тока 0.1-300A
- Точность Измерения тока 0.1A
- диапазон измерения мощности 0~2KW
- диапазон измерения потребления мощности 0 ~ 4KWH
- Диапазон Измерения времени 0~999дней
- Диапазон адресов A01 ~ A99
- беспроводной канал передачи данных
- Защита от перегрузки по току 0~300A
- защита от перенапряжения, время задержки защиты 0~10 S
- потребляемая мощность дисплея 0.5 W
- Частота обновления данных 5 раз/сек
- расстояние связи 10 м на открытой местности
- дисплейный блок размерами 80 х 43 х 52 мм
- цена на АлиЭкспрессе примерно 2000 рублей
Схема подключения и настройка
Можно соединять модули кабелем через стандартный USB шнур, а можно по Wi-Fi.
Модуль измерения и модуль отображения данных могут обеспечить беспроводную связь на расстояние до 10 м. Источник напряжения для самого экрана надо использовать на 10-30 В.
- меню прибора
- управление
- напряжение
- значение тока
- время работы
- ёмкость АКБ
Это устройство действительно идеально подходит для дистанционного мониторинга выходного напряжения и тока, зарядки и разрядки аккумуляторов. На сайте магазина существует в нескольких конструктивных вариантах и обозначается как Wireless DC 0-120V 0-200A Volt Amp Ah Power Capacity Percent Battery Monitor Watt Meter.
Источник: radioskot.ru